Cancer stem cell

MAKALAH

KULTUR JARINGAN HEWAN

Stem Sel Kanker

Disusun oleh:

1.        Graha Permana                  24020111120002

2.        Indra Prawira                    24020111120004

3.        Putri Ramadhani                24020111120008

4.        Dwi Purwati                      24020111120009

5.        Ajeng Fatria S                   24020111120010

6.        Nur Indah A                     24020111120007

7.        Eka Fitriani                       24020110120002

8.        Dewi Purwaningsih           24020110120001

JURUSAN BIOLOGI

FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG, 2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Kanker adalah penyakit yang ditandai dengan kelainan siklus sel khas yang menimbulkan kemampuan sel untuk : tumbuh tidak terkendali (pembelahan sel melebihi batas normal),  menyerang jaringan biologis di dekatnya , bermigrasi ke jaringan tubuh yang lain melalui sirkulasi darah atau sistem limfatik, disebut metastasis. Kebanyakan kanker menyebabkan kematian. Kanker adalah salah satu penyebab utama kematian di negara berkembang. Kebanyakan kanker dapat dirawat dan banyak disembuhkan, terutama bila perawatan dimulai sejak awal. Kanker adalah penyakit yang 90-95% kasusnya disebabkan faktor lingkungan dan 5-10% karena faktor genetik. Faktor lingkungan yang biasanya mengarahkan kepada kematian akibat kanker adalah tembakau (25-30%), diet dan obesitas (30-35 %), infeksi (15-20%), radiasi, stres, kurangnya aktivitas fisik, polutan lingkungan.

Berbagai hasil penelitian yang telah ada mengungkapkan keberadaan cancer stem cell yang dinilai menjadi alasan terjadinya relaps, resistansi, dan metastasis berbagai jenis kanker. Sel kanker dengan potensi tumorigenik seringkali disebut dengan tumor initiating cell atau cancer stem cell. Terungkapnya keberadaan cancer stem cell di antara populasi sel kanker lainnya telah menciptakan sudut pandang yang berbeda dari yang telah ada selama ini. Dengan keberadaannya, populasi sel kanker tidak lagi dipandang sebagai suatu populasi sel yang homogen dengan potensi yang sama dan merata,melainkan layaknya sel normal yang memiliki hirarki dengan tingkat diferensiasi sel yang berbeda satu dengan yang lain. Karena berada di puncak hirarki, cancer stem cell dianggap bertanggung jawab atas kejadian relaps, resistansi, dan metastasis.

Cancer stem cell adalah subpopulasi sel kanker yang memiliki potensi tumorigenik sehingga merupakan sel yang dapat menginisiasi terbentuknya tumor. Cancer stem cell diduga berasal berasal dari  stem cell normal ataupun sel progenitor yang mengalami sejumlah perubahan sifat, baik yang bersifat mutagenik maupun non-mutagenik. Sama halnya dengan stem cell normal, cancer stem cell seringkali berada dalam keadaan tidak aktif. Akibatnya, berbagai golongan senyawa kemoterapi yang umumnya hanya mengenali dan bersifat toksik terhadap sel kanker yang aktif berproliferasi, tidak berefek pada cancer stem cell. Pada akhirnya, hal ini pula yang menyebabkan relaps kanker yang sama pada pasien yang telah menjalani rangkaian terapi kanker secara tuntas. Atas dasar ini maka satu-satunya solusi untuk mengatasi masalah metastasis, resistansi, dan relaps kanker adalah eradikasi cancer stem cell. Demi tujuan tersebut, optimasi protokol identifikasi dan isolasi cancer stem cell terus dilakukan.

Oleh karena itu, saat ini banyak peneliti dan praktisi medis di dunia berpendapat bahwa cancer stem cell adalah sel yang harusnya menjadi target obat antikanker. Hal ini berarti bila cancer stem cell berhasil dibunuh maka resistansi dan relaps pascapengobatan antikanker tidak akan terjadi.

1.2  Tujuan

Menjelaskan tentang hakekat keberadaan, patomekanisme, karakteristik, dan identifikasi cancer stem cell, serta tantangan peneliti dan praktisi klinis dalam mengoptimalkan penerapan teori cancer stem cell demi kemajuan pengetahuan dan kepentingan pasien.

1.3  Manfaat

Memperoleh populasi cancer stem cell demi kemajuan pengetahuan dan kepentingan penderita kanker, sehingga memperkecil angka mortalitas yang terjadi akibat dari kanker.

BAB II

METODOLOGI DAN PEMAPARAN

Isolasi dan karakterisasi cancer stem cell

Sebagai kelompok sel yang hanya mencakup sebagian kecil dari total sel kanker, populasi murni cancer stem cell hanya bisa didapatkan melalui sejumlah tahapan disagregasi dan isolasi berdasarkan karakteristik yang membedakannya dengan sel kanker lain. Beberapa teknik isolasi cancer stem cell yang umum digunakan adalah :

a. Pembentukan sphere

Metode isolasi cancer stem cell berdasarkan kemampuannya dalam membentuk sphere pertama kali ditunjukkan oleh cancer stem cell pada tumor otak. Sphere adalah sekelompok sel yang membentuk suatu kesatuan dengan struktur sferis dan tidak menempel pada dasar cawan kultur. Setelah dilakukan pengambilan massa tumor yang disusul oleh disagreagasi secara mekanik maupun enzimatik, sel-sel tumor yang diduga mengandung cancer stem cell dikultur dalam medium tanpa serum yang telah diberi Endothelial Growth Factor (EGF) dan basic Fibroblast Growth Factor (bFGF). Setelah dijaga dan dilakukan pasase secara teratur, sphere akan terbentuk dalam populasi sel yang mengandung cancer stem cell tersebut. Karena sphere dibentuk oleh cancer stem cell dan sel progenitor kanker maka jumlah sel yang terdapat dalam sphere tidak dapat digunakan untuk menghitung kuantitas cancer stem cell secara akurat. Hasil penelitian Singh SK dkk., mengungkapkan bahwa <1% sel yang membentuk sphere sel tumor otak adalah cancer stem cell, sedangkan mayoritas sisanya adalah sel progenitor kanker. Meskipun banyak yang menyimpulkan bahwa pembentukan satu sphere dilakukan oleh satu cancer stem cell, rasio ini tidak dapat dipastikan dan dijadikan nilai ukur yang konsisten. Sekalipun tidak dapat digunakan untuk menghitung jumlah cancer stem cell secara akurat, pembentukan sphere merupakan hal yang dapat digunakan sebagai bukti keberadaan cancer stem cell. Sifat self renewal yang hanya dimiliki cancer stem cell dapat dilihat dari stabilitas penyelenggaraan self renewal setelah mengalami >5 kali pasase. Apabila diferensiasi terjadi pada tahapan kultur selanjutnya maka sel-sel penyusun sphere mampu membentuk seluruh jenis sel kanker yang sebelumnya ditemukan pada massa tumor. Potensi tumorigenik juga dapat dibuktikan secara in vivo dengan melakukan implantasi sphere pada tikus imunodefisien. Bila sphere yang ditransplantasikan dapat memicu terbentuknya tumor maka pembuktian keberadaan cancer stem cell secara in vivo telah berhasil dilakukan.

b. Side Populations

Salah satu potensi yang diduga membuat cancer stem cell resistan terhadap banyak obat kemoterapi adalah aktivitas ATP-Binding Cassette (ABC) transporter yang dimilikinya. Melalui aktivitas ABC transporter, cancer stem cell dapat melakukan efluks atau pengeluaran berbagai senyawa yang bersifat toksik dan membahayakan kehidupan sel dengan sangat cepat. Berdasarkan potensi ini maka salah satu metode identifikasi dan isolasi cancer stem cell yang juga dapat dilakukan adalah dengan mengenali side populations. Side populations adalah populasi minoritas sel yang menunjukkan fluoresensi minimal ketika sel diwarnai dengan senyawa pewarna DNA, seperti Hoechst 33342. Fluoresensi akibat Hoechst 33342 disebabkan oleh ikatan senyawa pewarna tersebut dengan daerah pada rantai DNA yang banyak mengandung pasangan basa A-T. Pada penelitian yang menggunakan stem cell hematopoitik, efluks Hoechst 33342 merupakan hasil aktivitas transpor yang dimediasi oleh ABC transporter dari protein Multidrug Resistance (MDR). Kesimpulan tersebut didapat karena saat dilakukan penambahan verapamil yang merupakan inhibitor MDR1, jumlah side populations pun berkurang. Dengan menggunakan alat Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS), side populations dapat terlihat pada kuadran kiri bawah dalam gambaran status fluoresensi sel. Meskipun side populations terbukti sebagai populasi sel yang masih primitif dan mengekspresikan banyak molekul penanda stem cell, side populations merupakan populasi sel heterogen yang juga diduga banyak mengandung sel progenitor. Banyaknya senyawa Hoechst 33342 yang mengalami efluks dianggap menggambarkan keprimitifan sel, sehingga sel yang lebih tidak dapat diwarnai dengan Hoechst 33342 adalah sel yang lebih primitif dan memiliki aktivitas ABC transporter yang lebih tinggi dibandingkan sel lainnya. Hingga saat ini, status diferensiasi kelompok sel yang terdapat dalam side populations masih banyak diperdebatkan, terlebih beberapa hasil penelitian menyatakan bahwa sebagian sel yang tidak teridentifikasi dalam side populations juga menunjukkan potensi untuk melakukan pembelahan secara asimetris. Berdasarkan pengetahuan yang telah ada, metode side populations dapat menjadi metode pilihan untuk melakukan identifikasi dan isolasi cancer stem cell, terutama jika molekul protein permukaan spesifik yang dimiliki cancer stem cell yang diinginkan belum diketahui.

c. Identifikasi keberadaan molekul protein permukaan spesifik

Secara morfologis, cancer stem cell tidak dapat dibedakan dengan sel kanker lain yang telah lebih berdiferensiasi. Pengenalan molekul protein permukaan spesifik dengan menggunakan Flourescence Activated Cell Sorting (FACS) ataupun Magnetic Cell Sorting (MACS) adalah metode isolasi cancer stem cell yang paling dapat diandalkan. Pada metode isolasi dengan menggunakan FACS maupun MACS, cancer stem cell berikatan dengan antibodi dari molekul protein permukaan yang dimilikinya, sehingga dapat dipisahkan dari sel-sel lain yang tidak memiliki molekul protein permukaan yang sama dan tidak berikatan dengan antibodi yang diberikan. Sejak dicetuskannya teori cancer stem cell, pengenalan subpopulasi sel kanker yang mampu menyelenggarakan aktivitas self renewal didasarkan pada pengenalan molekul protein permukaan spesifik/Cluster of Differentiation (CD) yang dimilikinya. Serupa dengan stem cell hematopoitik, cancer stem cell pada leukemia mieloblastik akut mengekspresikan CD34 pada permukaan selnya. CD34 berperan dalam adhesi leukosit, aktivitas homing stem cell, dan adhesinya di sumsum tulang. Dengan demikian, bila molekul CD34 juga diekspresikan pada permukaan cancer stem cell maka besar kemungkinan cancer stem cell juga dapat melakukan aktivitas homing dan adhesinya pada sumsum tulang, sehingga mempermudah terjadinya invasi dan metastasis kanker. Molekul protein permukaan lain yang seringkali ditemukan pada permukaan cancer stem cell adalah CD44 yang diekpresikan oleh cancer stem cell pada kanker payudara, kanker pankreas, kanker kolorektal, kanker kepala dan leher, serta CD133 yang diekpresikan oleh cancer stem cell pada kanker otak, kanker kolorektal, dan kanker hati. CD44 yang berperan sebagai reseptor utama hyaluronan memiliki beberapa subtipe, seperti CD44s, CD44v3,8-10 yang terbukti berperan dalam proses terjadinya metastasis kanker. Berbeda dengan CD34 dan CD44, hingga saat ini fungsi CD133 belum diketahui, sekalipun CD133 terbukti diekspresikan oleh subpopulasi kanker di berbagai organ. Setelah proses isolasi dilakukan, karakteristik cancer stem cell harus diuji secara ilmiah untuk membuktikan potensi yang dimilikinya. Untuk menguji potensi tumorigeniknya, populasi sel yang diduga mengandung cancer stem cell ditransplantasikan pada tikus Non-obese Diabetic/SevereCombined Immunodefficient (NOD/SCID). Apabila populasi sel tersebut mampu menyebabkan terbentuknya tumor dalam tubuh tikus maka sel yang ditransplantasikan dianggap masih memiliki potensi tumorigenik. Untuk membuktikan keberadaan potensi self renewal dari cancer stem cell, peneliti dapat melakukan transplantasi berseri dan kulturisasi in vitro populasi sel yang diduga mengandung cancer stem cell. Apabila populasi sel tersebut dapat menyebabkan terbentuknya tumor pada secara berkelanjutan serta dapat membentuk sphere setelah berulang kali dilakukan subkulturisasi maka populasi sel yang diuji dapat dikatakan terbukti memiliki potensi self renewal. Potensi diferensiasi cancer stem cell diuji secara in vitro maupun in vivo. Pada pengujian secara in vitro maupun in vivo, populasi sel yang diduga mengandung cancer stem cell harus mampu berdiferensiasi menjadi populasi sel kanker heterogen yang membentuk tumor.

 

Aplikasi konsep cancer stem cell dalam penelitian dan klinis

Sejak terbuktinya keberadaan dan peran cancer stem cell dalam kanker, banyak peneliti dan pekerja medis yang berpendapat bahwa cancer stem cell adalah subpopulasi sel kanker yang harus dijadikan target eradikasi secara total, demi penyembuhan kanker secara sempurna pada pasien yang menderitanya. Oleh karena itu, penelitian yang bertujuan pada pengembangan diagnosis dan terapi kanker semakin banyak difokuskan pada cancer stem cell. Berdasarkan pengetahuan mengenai molekul protein permukaan cancer stem cell pada leukemia mieloblastik akut maka semakin tinggi presentase sel CD34 dan CD38 merupakan implikasi semakin tingginya risiko terjadinya relaps pasca terapi dan semakin rendahnya angka kebertahanan hidup pasien yang menderitanya. Hal ini logis mengingat semakin banyak cancer stem cell yang terdapat dalam massa sel tumor berarti semakin tinggi pula kemungkinan terjadinya relaps, metastasis, dan resistansi, sehingga prognosis pasien penderita kanker pun semakin buruk. Hingga kini, terdapat beberapa metode yang mungkin dapat ditempuh untuk menghambat maupun mengeradikasi cancer stem cell. Seperti yang telah dituliskan sebelumnya, beberapa protein seperti Wnt, Notch, dan Hedgehog telah terbukti menjadi regulator aktivasi serta ekspansi jumlah cancer stem cell. Inhibisi terhadap protein pemicu terjadiya aktivasi dan ekspansi cancer stem cellini adalah salah satu landasan terapi yang ditujukan untuk menurunkan jumlah cancer stem cell. Senyawa cyclopamine yang merupakan inhibitor Hedgehog terbukti menurunkan jumlah cancer stem cell dalam multipel mieloma secara signifikan. Pada tumor otak, terapi dengan menggunakan inhibitor γ-secre- tase yang menghambat jalur pengiriman sinyal Notch juga terbukti secara selektif menurunkan subpopulasi cancer stem cell yang mengekspresikan molekul protein permukaan CD133 dan protein Nestin. Selain hambatan pada berbagai protein yang meregulasi aktivasi dan ekspansi cancer stem cell, terapi kanker juga dapat dilakukan dengan cara memicu terjadinya diferensiasi cancer stem cell. Contoh dari hal ini adalah terapi menggunakan senyawa asam retinoid yang dikombinasikan dengan dibutyryl-cAMP mampu memicu terjadinya diferensiasi cancer stem cell pada teratokarsinoma. Asam retinoid bekerja melalui reseptor spesifik asam retinoid pada inti sel untuk mengaktifkan transkripsi yang dimediasi oleh c-Fos/c-Jun, yang selanjutnya akan memicu terjadinya diferensiasi cancer stem cell. Seperti halnya stem cell neural yang normal, cancer stem cell pada glioma juga mengekspresikan reseptor BMPs pada permukaannya, sehingga terapi dengan BMPs dapat memicu terjadinya diferensiasi cancer stem cell pada glioma. Meskipun penelitian pada pengembangan terapi yang menargetkan cancer stem cell telah menunjukkan hasil yang memberi harapan, namun kami berpendapat bahwa metode yang digunakan masih jauh dari kelayakan untuk dapat diterapkan secara rutin dalam praktik klinis. Pendapat ini didasari pada kenyataan bahwa hampir seluruh molekul protein permukaan cancer stem cell dan protein yang menjadi regulator ekspansi dan diferensiasinya, adalah sama persis dengan karakteristik yang dimiliki oleh stem cell normal. Dengan demikian, apabila metode terapi yang digunakan tersebut didasari oleh pengenalan molekul protein permukaan dan sinyal regulator ekspansi serta diferensiasi cancer stem cell, maka efek terapinya tidak hanya mengenai cancer stem cell, melainkan juga mengenai stem cell normal yang terdapat di jaringan tubuh. Hal ini dapat mengakibatkan deplesi jumlah stem cell normal yang berperan penting dalam menjaga homeostasis jaringan tubuh tersebut. Pada akhirnya, degenerasi dini jaringan tubuh adalah suatu risiko yang sangat mungkin terjadi pascaterapi yang sebenarnya hanya ditujukan pada cancer stem cell. Untuk mengatasi hal ini, kami berpendapat bahwa investigasi pada karakteristik cancer stem cell dan berbagai faktor yang mempengaruhinya masih sangat perlu dilakukan untuk menemukan keunikan cancer stem cell yang sama sekali tidak dimiliki oleh stem cell normal, sehingga hal tersebut dapat dijadikan target terapi definitif yang bekerja secara sangat spesifik pada cancer stem cell saja.

BAB III

RANGKUMAN

Relaps, resistansi, dan metastasis adalah masalah yang seringkali dihadapi oleh dokter dan pasien dalam hal terapi kanker. Berbagai hasil penelitian yang telah ada mengungkapkan keberadaan cancer stem cell yang dinilai menjadi alasan terjadinya relaps, resistansi, dan metastasis berbagai jenis kanker.  Cancer stem cell adalah subpopulasi sel kanker yang memiliki potensi tumorigenik sehingga merupakan sel yang dapat menginisiasi terbentuknya tumor. Cancer stem cell diduga berasal berasal dari stem cell normal ataupun sel progenitor yang mengalami sejumlah perubahan sifat, baik yang bersifat mutagenik maupun non-mutagenik. Sama halnya dengan stem cell normal, cancer stem cell seringkali berada dalam keadaan tidak aktif. Akibatnya, berbagai golongan senyawa kemoterapi yang umumnya hanya mengenali dan bersifat toksik terhadap sel kanker yang aktif berproliferasi, tidak berefek pada cancer stem cell. Pada akhirnya, hal ini pula yang menyebabkan relaps kanker yang sama pada pasien yang telah menjalani rangkaian terapi kanker secara tuntas. Atas dasar ini maka satu-satunya solusi untuk mengatasi masalah metastasis, resistansi, dan relaps kanker adalah eradikasi cancer stem cell. Demi tujuan tersebut, optimasi protokol identifikasi dan isolasi cancer stem cell terus dilakukan. Beberapa molekul penanda yang seringkali dijadikan patokan dalam isolasi cancer stem cell adalah CD34, CD44, dan CD 133. Selain itu, metode isolasi berdasarkan terbentuknya sphere dan penyerapan senyawa pewarna juga dapat ditempuh untuk memperoleh populasi cancer stem cell.

DAFTAR PUSTAKA

Hanahan D, Weinberg RA. The Hallmarks of Cancer. Cell. 2000;100:57-70.

Jordan CT, Guzman ML, Noble M. Cancer stem cells. The New England Journal   of Medicine. 2006;355:1253-61.

Wicha MS, Liu S, Dontu G. Cancer stem cells: An Old Idea-A Paradigm Shift.     American Association for Cancer Research. 2006;66(4):1883-90.